DE102020002959A1 - Flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung, ein Batteriemodul und ein Verfahren zum Betreiben einer flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung.Die flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (1) umfassta) einen ersten leitfähigen Körper (2) mit- einem ersten durchgängigen Hohlraum (2a),- einer ersten Ausformung (2b) zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer ersten Batteriezelle (10) und- einer zweiten Ausformung (2c) zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer zweiten Batteriezelle (11),b) einen zweiten leitfähigen Körper (3) mit- einem zweiten durchgängigen Hohlraum (3a),- einer dritten Ausformung (3b) zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer dritten Batteriezelle (12) und- einer vierten Ausformung (3c) zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer vierten Batteriezelle (13) undc) ein elektrisch isolierendes Verbindungselement (4) mit einem dritten durchgängigen Hohlraum (4a),wobei das Verbindungselement (4) zwischen dem ersten leitfähigen Körper (2) und dem zweiten leitfähigen Körper (3) so angeordnet ist, dass der erste (2a), der zweite (3a) und der dritte (4a) durchgängige Hohlraum einen zusammenhängenden Kühlkanal formen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung, ein Batteriemodul und ein Verfahren zum Betreiben einer flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung.
  • Unter dem Begriff Busbaranordnung wird eine Anordnung von einem oder mehreren Leitern verstanden, die zum Sammeln und/oder Transportieren und/oder Verteiler von elektrischer Energie dienen.
  • Aus der US2016190663 ist eine Batterieanordnung mit hohlen Sammelschienen, die einen Durchgang für einen Kühlmittelfluss bilden, bekannt.
  • Die erfindungsgemäße flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung umfasst
    1. a) einen ersten leitfähigen Körper mit
      • - einem ersten durchgängigen Hohlraum,
      • - einer ersten Ausformung zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer ersten Batteriezelle und
      • - einer zweiten Ausformung zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer zweiten Batteriezelle,
    2. b) einen zweiten leitfähigen Körper mit
      • - einem zweiten durchgängigen Hohlraum,
      • - einer dritten Ausformung zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer dritten Batteriezelle und
      • - einer vierten Ausformung zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer vierten Batteriezelle und
    3. c) ein elektrisch isolierendes Verbindungselement mit einem dritten durchgängigen Hohlraum,
    wobei das Verbindungselement zwischen dem ersten leitfähigen Körper und dem zweiten leitfähigen Körper so angeordnet ist, dass der erste, der zweite und der dritte durchgängige Hohlraum einen zusammenhängenden Kühlkanal formen.
  • Dadurch, dass der erste, der zweite und der dritte durchgängige Hohlraum einen zusammenhängenden Kühlkanal formen und das Verbindungselement elektrisch isolierend ist, kann eine Kühlflüssigkeit entlang einer gesamten Länge der flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung durch den Kühlkanal geleitet werden, wobei ein gleichzeitiger elektrischer Stromfluss auf eine oder mehrere Teilabschnitte der flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung begrenzbar ist.
  • Bevorzugt ist die erfindungsgemäße flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung für den Einsatz in Traktionsbatterien vorgesehen.
  • Vorzugsweise umfasst das Verbindungselement der erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung eine erste Vertiefung, welche dazu ausgebildet ist, auf ein Ende des ersten leitfähigen Körpers aufgesteckt zu werden, und eine zweite Vertiefung, welche dazu ausgebildet ist, auf ein Ende des zweiten leitfähigen Körpers aufgesteckt zu werden.
  • Die Vertiefungen im Verbindungselement ermöglichen einen einfachen Aufbau der erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung durch Zusammenstecken von Einzelteilen.
  • Besonders bevorzugt ist der Aufbau modular und mit weiteren Verbindungselementen und leitfähigen Körpern erweiterbar.
  • Das erfindungsgemäße Batteriemodul umfasst
    1. a) eine erfindungsgemäße flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung
    2. b) eine erste Batteriezelle, welche an die erste Ausformung des ersten leitfähigen Körpers mechanisch, elektrisch und thermisch angebunden ist und
    3. c) eine zweite Batteriezelle, welche an die zweite Ausformung des ersten leitfähigen Körpers mechanisch, elektrisch und thermisch angebunden ist,
    wobei die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle über den ersten leitfähigen Körper elektrisch seriell miteinander verbunden sind.
  • Dadurch, dass die erste und zweite Batteriezelle mechanisch, elektrisch und thermisch an Ausformung des ersten leitfähigen Körpers angebunden sind, können die Zellen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls bei Auf- und Entladevorgängen über Stromführende Zellanschlüsse gekühlt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung umfasst die Schritte:
    • S1: Durchströmen des Kühlkanals mit einer Kühlflüssigkeit;
    • S2: Leiten eines ersten elektrischen Stroms durch den ersten leitfähigen Körper;
    • S3: Leiten eines zweiten elektrischen Stroms durch den zweiten leitfähigen Körper.
  • Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
    • 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung,
    • 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls und
    • 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die in 1 gezeigte flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 umfasst einen ersten leitfähigen Körper 2. Der Körper 2 besteht aus einem Aluminiumhohlprofil mit einer Wandstärke von 1 mm und umfasst einen ersten durchgängigen Hohlraum 2a. Der Hohlraum 2a mündet in eine erste und eine zweite Stirnseite des ersten leitfähigen Körpers 2. In einem ersten stirnseitigen Endbereich umfasst der erste leitfähige Körper 2 eine erste umlaufende Nut. In der ersten Nut ist ein erster Dichtring 5 gelagert, welcher den ersten leifähigen Körper 2 ringförmig umschließt. Weiterhin umfasst der erste leitfähige Körper 2 eine erste Ausformung 2b zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer ersten Batteriezelle 10 und eine zweite Ausformung 2c zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer zweiten Batteriezelle 11. Im Ausführungsbeispiel sind die erste 2b und die zweite 2c Ausformung jeweils zylindrische Vertiefungen. Die erste 2b und die zweite 2c Ausformung sind zentrosymmetrisch zu einem Mittelpunkt des ersten leitfähigen Körpers 2 angeordnet.
  • Die flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 umfasst einen zweiten leitfähigen Körper 3. Der erste 2 und der zweite 3 leitfähige Körper sind baugleich. Der zweite leitfähige Körper 3 umfasst einem zweiten durchgängigen Hohlraum 3a, der in eine erste und eine zweite Stirnseite des zweiten leitfähigen Körpers 3 mündet. In einem zweiten stirnseitigen Endbereich umfasst der zweite leitfähige Körper 3 eine zweite umlaufende Nut. In der Nut ist ein zweiter Dichtring 6 gelagert, welcher den zweiten leifähigen Körper 3 ringförmig umschließt. Der zweite leitfähige Körper 3 umfasst eine dritte Ausformung 3b zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer dritten Batteriezelle 12 und eine vierte Ausformung 3c zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer vierten Batteriezelle 13.
  • Weiterhin umfasst die flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 ein elektrisch isolierendes Verbindungselement 4 mit einem dritten durchgängigen Hohlraum 4a. Das Verbindungselement 4 besteht aus einem nichtleitenden Kunststoff und umfasst eine erste Vertiefung 4b. Im Ausführungsbeispiel ist der erste stirnseitige Endbereich des ersten leitfähigen Körpers in die erste Vertiefung 4b des Verbindungselementes 4 eingesteckt. Der erste Dichtring 5 ist dabei so angeordnet, dass er eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen einer Außenseite des ersten leitfähigen Körpers 2 und einer Innenseite des Verbindungselements 4 herstellt. Des Weiteren umfasst das Verbindungselement 4 eine zweite Vertiefung 4c. In die zweite Vertiefung 4c ist der zweite stirnseitige Endbereich des zweiten leitfähigen Körpers 3 eingesteckt. Der zweite Dichtring 6 ist dabei so angeordnet, dass er eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen einer Außenseite des zweiten leitfähigen Körpers 3 und einer Innenseite des Verbindungselements 4 herstellt.
  • Der erste leitfähige Körper 2, das Verbindungselement 4 und der zweite leitfähige Körper 3 sind dabei so angeordnet, dass der erste 2a, der zweite 3a und der dritte 4a durchgängige Hohlraum einen zusammenhängenden Kühlkanal formen.
  • Im Ausführungsbeispiel ist ein stirnseitiger Endbereich des ersten leitfähigen Körpers 2 als hydraulisches Anschlusselement 7 ausgebildet. Um eine hydraulische Verbindung zu einem Kühlsystem herzustellen ist der Endbereich so geformt, dass er in eine Schlauchmuffe einsteckbar ist. Das hydraulische Anschlusselement 7 ist dazu ausgebildet, eine Kühlflüssigkeit in den Kühlkanal einzuleiten und/oder aus dem Kühlkanal abzuführen.
  • Weiterhin umfasst die flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 ein elektrisches Anschlusselement 8, welches dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Strom in die flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung 1 einzuleiten und/oder aus der flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung 1 abzuführen. Im Ausführungsbeispiel ist das elektrische Anschlusselement 8 eine zylindrische Vertiefung im ersten leitfähigen Körper 2 mit einem Innengewinde. Das elektrische Anschlusselement 8 ist dazu ausgebildet, einen elektrischen Kontakt zwischen dem ersten leitfähigen Körper 2 und einem Kabel durch Anschrauben einer, mit dem Kabel verbundenen, Kabelöse herzustellen.
  • Die flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 ist Bestandteil eines Ausführungsbeispiels eines Batteriemoduls 9, welches in 2 dargestellt ist. Im Folgenden wird die flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 als erste flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung bezeichnet. Das Batteriemodul 9 umfasst weiterhin eine erste Batteriezelle 10 mit einem ersten elektrischen Pol und einem zweiten elektrischen Pol, eine zweite Batteriezelle 11 mit einem ersten elektrischen Pol und einem zweiten elektrischen Pol und eine dritte Batteriezelle 12 mit einem ersten elektrischen Pol und einem zweiten elektrischen Pol. Der erste und zweite elektrische Pol einer jeden Batteriezelle 10, 11, 12 ist dabei an gegenüberliegenden Seiten der Batteriezelle 10, 11, 12 angeordnet und als Zapfen ausgebildet.
  • Der zweite elektrische Pol der ersten Batteriezelle 10 ist in die erste zylindrische Ausformung 2b des ersten leitfähigen Körpers 2 der ersten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 eingesetzt und mechanisch, elektrisch und thermisch an diesen angebunden. Der erste elektrische Pol der zweiten Batteriezelle 11 ist in die zweite zylindrische Ausformung 2c des ersten leitfähigen Körpers 2 der ersten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 eingesetzt und mechanisch, elektrisch und thermisch an diesen angebunden. Der zweite elektrische Pol der dritten Batteriezelle 12 ist in die dritte zylindrische Ausformung 3b des zweiten leitfähigen Körpers 3 der ersten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 eingesetzt und mechanisch, elektrisch und thermisch an diesen angebunden.
  • Weiterhin umfasst das Batteriemodul 9 eine zweite flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 14, welche auf einer, der ersten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 gegenüberliegenden Seite der Batteriezellen 10, 11, 12 angeordnet ist. Die zweite flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 14 ist baugleich der ersten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1. Der zweite elektrische Pol der zweiten Batteriezelle 11 ist in die erste zylindrische Ausformung 15b des ersten leitfähigen Körpers 15 der zweiten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 14 eingesetzt und mechanisch, elektrisch und thermisch an diesen angebunden. Der erste elektrische Pol der dritten Batteriezelle 12 ist in die zweite zylindrische Ausformung 15c des ersten leitfähigen Körpers 15 der zweiten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 14 eingesetzt und mechanisch, elektrisch und thermisch an diesen angebunden.
  • In der beschriebenen Anordnung ist der zweite elektrische Pol der ersten Batteriezelle 10 durch den ersten leitfähigen Körper 2 der ersten flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung 1 elektrisch seriell mit dem ersten elektrischen Pol der zweiten Batteriezelle 11 verbunden. Weiterhin ist der zweite elektrische Pol zweiten Batteriezelle 11 durch den ersten leitfähigen Körper 15 der zweiten flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung 14 elektrisch seriell mit dem ersten elektrischen Pol der dritten Batteriezelle 12 verbunden.
  • Die erste flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 des Batteriemoduls 9 wird mit einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben einer flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung betrieben (siehe 3). Dazu wird eine dielektrische Kühlflüssigkeit über das hydraulische Anschlusselement 7 in den Kühlkanal der ersten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 eingeleitet. Im Ausführungsbeispiel ist die Kühlflüssigkeit ein nichtleitendes Öl. In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens durchströmt die Kühlflüssigkeit den Kühlkanal. In einem zweiten Schritt S2 wird ein erster elektrischer Strom durch den ersten leitfähigen Körper 2 der ersten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 geleitet. In einem dritten Schritt S3 wird ein zweiter elektrischer Strom durch den zweiten leitfähigen Körper 3 der ersten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung 1 geleitet. Im Batteriemodul 9 sind der erste 2 und der zweite 3 leitfähige Körper der ersten flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung 1 durch die zweite Batteriezelle 11, den ersten leitfähigen Körper 15 der zweiten flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung 14 und die dritte Batteriezelle 12 elektrisch seriell miteinander verbunden. Der erste elektrische Strom und der zweite elektrische Strom sind gleich groß.
  • Im Ausführungsbeispiel werden die Schritte S1 bis S3 gleichzeitig ausgeführt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2016190663 [0003]

Claims (10)

  1. Flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (1), umfassend a) einen ersten leitfähigen Körper (2) mit - einem ersten durchgängigen Hohlraum (2a), - einer ersten Ausformung (2b) zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer ersten Batteriezelle (10) und - einer zweiten Ausformung (2c) zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer zweiten Batteriezelle (11), b) einen zweiten leitfähigen Körper (3) mit - einem zweiten durchgängigen Hohlraum (3a), - einer dritten Ausformung (3b) zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer dritten Batteriezelle (12) und - einer vierten Ausformung (3c) zur mechanischen, elektrischen und thermischen Anbindung einer vierten Batteriezelle (13) und c) ein elektrisch isolierendes Verbindungselement (4) mit einem dritten durchgängigen Hohlraum (4a), wobei das Verbindungselement (4) zwischen dem ersten leitfähigen Körper (2) und dem zweiten leitfähigen Körper (3) so angeordnet ist, dass der erste (2a), der zweite (3a) und der dritte (4a) durchgängige Hohlraum einen zusammenhängenden Kühlkanal formen.
  2. Flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Verbindungselement (4) eine erste Vertiefung (4b) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, auf einen ersten stirnseitigen Endbereich des ersten leitfähigen Körpers (2) aufgesteckt zu werden und wobei das Verbindungselement (4) eine zweite Vertiefung (4c) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, auf einen zweiten stirnseitigen Endbereich des zweiten leitfähigen Körpers (3) aufgesteckt zu werden.
  3. Flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, umfassend ein erstes Dichtungselement (5), welches zwischen dem ersten leitfähigen Körper (2) und dem Verbindungselement (4) angeordnet ist, und ein zweites Dichtungselement (6), welches zwischen dem Verbindungselement (4) und dem zweiten leitfähigen Körper (3) angeordnet ist.
  4. Flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (1) gemäß Anspruch 3, wobei das erste Dichtungselement (5) den ersten leifähigen Körper (2) ringförmig umschließt und das zweite Dichtungselement (6) den zweiten leifähigen Körper (3) ringförmig umschließt.
  5. Flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (1) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei der erste leitfähige Körper (2) eine erste umlaufende Nut umfasst, welche dazu ausgebildet ist, das erste Dichtungselement (5) aufzunehmen und wobei der zweite leitfähige Körper (3) eine zweite umlaufende Nut umfasst, welche dazu ausgebildet ist, das zweite Dichtungselement (6) aufzunehmen.
  6. Flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein hydraulisches Anschlusselement (7), welches dazu ausgebildet ist, eine Kühlflüssigkeit in den Kühlkanal einzuleiten und/oder aus dem Kühlkanal abzuführen.
  7. Flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein elektrisches Anschlusselement (8), welches dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Strom in den ersten (2) oder zweiten leitfähigen Körper (3) einzuleiten und/oder aus dem ersten (2) oder zweiten leitfähigen Körper (3) abzuführen.
  8. Batteriemodul (9), umfassend a) eine erste flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, b) eine erste Batteriezelle (10), welche an die erste Ausformung (2b) des ersten leitfähigen Körpers (2) der ersten flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung (2) mechanisch, elektrisch und thermisch angebunden ist und c) eine zweite Batteriezelle (11), welche an die zweite Ausformung (2c) des ersten leitfähigen Körpers (2) der ersten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (1) mechanisch, elektrisch und thermisch angebunden ist, wobei die erste Batteriezelle (10) und die zweite Batteriezelle (11) über den ersten leitfähigen Körper (2) der ersten flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung (1) elektrisch seriell miteinander verbunden sind.
  9. Batteriemodul (9) gemäß Anspruch 8, umfassend a) eine zweite flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, welche auf einer, der ersten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (1) gegenüberliegenden Seite der ersten (10) und/oder zweiten Batteriezelle (11) angeordnet ist und b) eine dritte Batteriezelle (12), welche an die dritte Ausformung (3b) des zweiten leitfähigen Körpers (3) der ersten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (1) mechanisch, elektrisch und thermisch angebunden ist und welche an die zweite Ausformung (15c) des ersten leitfähigen Körpers (15) der zweiten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (14) mechanisch, elektrisch und thermisch angebunden ist, wobei die zweite Batteriezelle (11) und die dritte Batteriezelle (12) über den ersten leitfähigen Körper (15) der zweiten flüssigkeitsgekühlte Busbaranordnung (14) elektrisch seriell miteinander verbunden sind.
  10. Verfahren zum Betreiben einer flüssigkeitsgekühlten Busbaranordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die Schritte: S1: Durchströmen des Kühlkanals mit einer Kühlflüssigkeit; S2: Leiten eines ersten elektrischen Stroms durch den ersten leitfähigen Körper (2); S3: Leiten eines zweiten elektrischen Stroms durch den zweiten leitfähigen Körper (3).
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